摘 要

随着现代激光的发展，光镊技术被发明，光镊技术在生活中各个领域被广泛应用，同时也促进了自身的发展。光镊技术的原理是基于光的动量与物质相互作用产生的光势阱效应。光纤探针的制备是对光纤断面进行处理的一种技术，制备后的光纤探针可以用来作为光纤光镊来捕获与操纵。光纤探针的制备方法主要有熔拉法、化学腐蚀法（静态和动态）、熔拉-腐蚀法等，本次毕业设计实验采用静态腐蚀法来制备光纤探针。

本文主要是制备一系列具有一次锥角和二次锥角的探针以及用这些光纤探针来对酵母细胞进行捕获。实验中还讨论了腐蚀时间对光纤探针的影响，我们发现延长腐蚀时间不会改变一次锥角的大小，但可以有效增大二次锥角，探针表面的平滑度也不会受到影响。用光镊对酵母菌细胞成功进行了捕获，同时也发现光功率越大，捕获能力越强。

关键词：光纤探针；光纤光镊；化学腐蚀；捕获；锥角；

Abstract

With the development of modern laser technology, optical tweezers were invented, the optical tweezers technology in life is being applied widely, but also to promote their own development. The principle of optical tweezers is the optical trap effect of momentum and mass of light generated by the interaction. Based on the preparation of fiber probe is a technique for processing on the cross section of the optical fiber, optical fiber probe preparation can be used as optical tweezers to capture and manipulate. Optical fiber probe preparation methods mainly include pulling method, chemical etching method (static and dynamic), pulling etching, the graduation design experiment to prepare optical fiber probe by static corrosion method.

The main purpose of this paper is to prepare a series of probe with a cone angle and two cone angle and with the optical fiber probe to capture of yeast cells. The experiment also discussed the influence of etching time on the optical fiber probe, we found that the etching time will not change a cone angle, but can effectively increase two times the cone angle of the probe surface smoothness is not affected. Using optical tweezers for yeast cells were successfully captured, also found that the light power is greater, the capture ability is stronger.

Keywords: fiber probes; fiber optic tweezers;chemical etching;trapping;cone angle;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 光纤探针的制作技术 2

第2章 光镊的原理、分类及应用 4

2.1 光镊的基本原理 4

2.2 光镊技术的分类 5

2.2.1 传统光镊技术 5

2.2.2 多光镊技术 5

2.2.3 远场光镊技术 6

2.2.4 近场光镊技术 7

2.3 光镊的应用 7

2.3.1光镊与细胞生物学 8

2.3.2 光镊与单分子生物学 8

2.3.3 光镊与胶体科学 8

2.3.4光镊与物理学 9

第3章　静态腐蚀法制备光纤探针及对酵母菌的捕获 10

3.1 静态腐蚀法制备光纤探针 11

3.2 不同腐蚀时间对探针的影响 13

3.2 利用光纤探针对酵母菌细胞的捕获 16

第4章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

随着科技的发展，人们对微观世界的不断探索和发现，尤其是在集成电子电路这个领域，由最初的第一代体积大、耗电快的电子管，接着发展为小巧轻便的半导体三极管，在硅片上集成晶体管，于是就发展成集成电路，随着对集成电路性能要求的不断提高便产生了超大规模集成电路，超大规模集成电路精度高、稳定性能好。电子元器件的形貌特征不断在更新，尺寸不断在变小 ，现在只有1.0-0.1um，对于超密集的电路，只有用放大倍数比较高的显微镜才能观察清楚其特征。集成化和小体型促进了科学的发展，能够更加高速有效的制作器件材料。传统的光学显微镜放大微小物体靠的是多个光学透镜的放大成像原理，这样便可以观察到物体的部分结构信息，但是光学透镜会存在衍射极限，不能无限放大物体。这就导致了光学显微镜在200年间的发展过程中分辨率没有数量上的提高。

自80年代以来，扫描近场光学显微镜的发展十分迅猛,其分辨能力有了显著的提升，打破了传统光学显微镜中阿贝衍射极限的预言^[1]。在1992年科学家用单模光纤制成了光纤探针，并利用光纤探针对针尖与样品表面进行距离测控。此后，近场光学显微镜成为了新的光学仪器，成功地在推进了光学显微镜在生物细胞学、医学、物理学、化学等方面的检测，也相应的发展了近场光学。此外，激光通过光纤探针的出射场可用于微粒的捕获，即光纤光镊。光纤光镊实现了微粒的操控和观察光路的分离，即光纤探针对微粒进行捕获与操控。利用光纤光镊可以对细胞、细胞器、蛋白质、染色体等微生物粒子进行捕获操纵，有目的的排列微小颗粒。在未来，科学技术的不断发展必然会促进光镊技术的发展，对光镊技术有着更高的要求，因此研究光纤光镊有着十分重要的意义。

1.2国内外研究现状